Este estudio no incluyó participantes humanos, sujetos humanos, animales ni muestras clínicas. Por tanto, no se requería la aprobación ética institucional ni el consentimiento informado.
Materiales y software
El entorno utilizado para desplegar el framework era Hyperledger Fabric versión 2.4.8, CouchDB, Docker Containers, despliegue Minifab, aplicaciones de procesamiento multimedia FFmpeg y el lenguaje de programación Go. Hyperledger Fabric proporcionaba servicios para la gestión descentralizada del libro mayor y la ejecución de contratos inteligentes, mientras que CouchDB almacenaba y recuperaba la información de derechos de autor de forma eficiente a través de almacenamiento fuera de la cadena. FFmpeg se utilizaba para preprocesar vídeos y extraer fotogramas de vídeo, mientras que los algoritmos de hashing perceptual se aplicaban mediante bibliotecas de hashing de imágenes en el lenguaje de programación Go. Una lista de todas las herramientas y sus respectivas descripciones está ilustrada en la Tabla de Materiales.
Arquitectura del marco
El marco propuesto emplea algoritmos de hashing perceptual dentro del blockchain autorizado Hyperledger Fabric para permitir un enfoque descentralizado en la protección de derechos de autor de vídeo y la validación de la propiedad. El marco consta de cinco componentes principales: preprocesamiento de vídeo, generación perceptual de hash, registro de derechos de autor basado en blockchain y verificación basada en similitud. En este marco, Hyperledger Fabric actúa como la capa de confianza, proporcionando registros de propiedad inmutables, mientras que CouchDB proporciona almacenamiento fuera de la cadena. La arquitectura general del marco propuesto se muestra en la Figura 1.
Modelo del sistema de verificación de derechos de autor
Un flujo de trabajo detallado del sistema bajo investigación se muestra en la Figura 2. Comienza con la adquisición de vídeo, seguida de la extracción de fotogramas a intervalos regulares usando FFmpeg. Las tramas extraídas se procesan dentro del entorno de implementación de Hyperledger Fabric, que incluye acciones como el registro de la propiedad, la administración de certificados, la comunicación entre pares y la validación de transacciones. Se aplica un hashing perceptual a los fotogramas extraídos, seguido del cálculo de la distancia de Hamming para evaluar el grado de similitud. Si la distancia de Hamming está por debajo del umbral, el fotograma se considera auténtico y similar al contenido registrado; de lo contrario, se considera contenido modificado.
Adquisición de vídeo, preprocesamiento y creación de hashing perceptual
Las muestras de vídeo utilizadas en el experimento eran archivos MP4 a resolución 480p, con una duración media de unos 26 segundos. El conjunto de datos de evaluación incluía 15 muestras de vídeo, incluyendo un vídeo de referencia original y varias versiones modificadas. Estas modificaciones incluían tareas comunes de edición como cambiar la tasa de fotogramas, insertar, eliminar o sustituir fotogramas, y aplicar distorsiones como recorte, escalado, rotación y efectos de superposición. El conjunto de datos también incluía añadidos de compresión, ruido, texto y pegatinas, efectos de fallos y más. Todos los vídeos estaban en formato MP4 a resolución 480p y pasaban por los mismos pasos de preprocesamiento y generación de huellas dactilares. Diseñado para probar la resiliencia del sistema, este conjunto de datos abarca una amplia gama de escenarios reales que implican infracción y manipulación. Antes de ser objeto de detección y confirmación de derechos de autor, los archivos de vídeo pasaban por preprocesamiento en FFmpeg. Los fotogramas de los archivos de vídeo se extraían cada 1 segundo para obtener resúmenes condensados de contenido en forma de contenido visual que seguía siendo computacionalmente económico de procesar. A continuación, estos fotogramas se convertían a escala de grises y se normalizaban para minimizar los cambios en la intensidad de los píxeles derivados de las condiciones de iluminación, la codificación y las diferencias de compresión.
Se utilizaron cuatro funciones de hashing perceptual para producir huellas digitales de contenido de vídeo en forma de hashing promedio (aHash), hashing de diferencias (dHash), hash perceptual (pHash) y hash wavelet (wHash).
Para la generación de hash, los fotogramas primero se convertían a escala de grises y se redimensionaban a 8x8 píxeles para calcular aHash y dHash. Con aHash, se generaba una huella digital de 64 bits comparando cada píxel con el valor medio en escala de grises. El algoritmo dHash hizo algo similar, creando también una huella digital de 64 bits, pero analizó cómo diferían las intensidades de píxeles horizontales adyacentes. Para pHash, los fotogramas se redimensionaban a 32x32 píxeles, luego se calculaba la transformada discreta del coseno. Para generar la huella perceptual de 64 bits, solo se utilizaron los coeficientes DCT de baja frecuencia 8x8. En cuanto a wHash, los fotogramas se redimensionaron de nuevo a 32x32 píxeles, pero esta vez se procesaron con una transformada wavelet de Haar. Se generó un hash de 64 bits a partir de los coeficientes de wavelet de menor frecuencia extraídos. Todos estos ajustes de parámetros buscan un buen equilibrio entre eficiencia computacional y resistencia para manejar ajustes típicos de vídeo.
Para realizar cálculos eficientes de funciones hash, estas imágenes se normalizaron y redimensionaron. El método de hashing promedio funciona comparando la intensidad de los píxeles con la media de la imagen. El hashing de diferencias funciona de forma similar pero se centra en los gradientes locales comparando las intensidades de los píxeles con las de píxeles vecinos. El hashing perceptual utiliza características de Fourier que resultan de la DCT, mientras que el hashing wavelet se basa en los resultados de la transformada wavelet para extraer características.
Registro y verificación de derechos de autor basados en blockchain
Las huellas dactilares perceptuales, los metadatos de propiedad, las marcas de tiempo y los detalles de las transacciones obtenidos se introducen en la blockchain Hyperledger Fabric a través del contrato inteligente vitChain. La implementación de blockchain incluye dos organizaciones, dos pares, dos nodos ordenados, dos nodos de autoridad certificadora (CA) y bases de datos de estado CouchDB, todos enlazados mediante un canal automático. El marco de blockchain autorizado facilita el procesamiento seguro, el acceso restringido y el almacenamiento a prueba de manipulaciones de los datos de derechos de autor.
El procedimiento de registro de derechos de autor comienza una vez que el propietario del contenido sube el vídeo a través de la interfaz de usuario. Cuando un usuario envía un vídeo para el registro de derechos de autor, la capa de aplicación llama al contrato inteligente vitChain a través del SDK Hyperledger Fabric. Este registro incluye un ID de transacción único, información del propietario, ID de vídeo, marca de tiempo y cuatro tipos de valores de hash perceptivos: aHash, dHash, pHash y wHash. Además, hay metadatos sobre el contenido. La aplicación envía la propuesta de transacción a los pares que lo respaldan. Estos pares ejecutan la lógica de contratos inteligentes y se aseguran de que la transacción cumpla con la política de endoso. Tras la validación exitosa, la transacción pasa al servicio de pedido. Aquí, las transacciones verificadas se agrupan en bloques y se envían a nodos pares para su inclusión en el libro mayor. Mientras tanto, los metadatos relacionados se incorporan a CouchDB. Se conectan a los registros de la blockchain a través del ID de la transacción, permitiendo consultas fáciles y manteniendo tanto los datos on-chain como off-chain consistentes.
Tras el preprocesamiento y los cálculos de hash perceptivo, las huellas dactilares, junto con sus metadatos asociados, se ensamblan en una transacción que será ejecutada por el contrato inteligente. La validación de transacciones la realizan los pares participantes de acuerdo con la política de endoso especificada. Tras la endoso, la transacción se pasa al servicio de pedido para su inclusión en un bloque en el libro mayor distribuido. Para una operación fiable, incluimos la gestión básica de errores en los procesos de registro y verificación. Antes de que se realice una transacción, la app comprueba los metadatos obligatorios, la información de propiedad y los hashes perceptivos para evitar problemas. Si las transacciones no cumplen con las reglas de endoso o tienen parámetros inválidos, los nodos pares las rechazan directamente. Cuando hay problemas como fallos de comunicación o errores de procesamiento, el sistema los registra y envía una alerta administrativa. Esto ayuda a evitar que se propaguen errores menores de procesamiento por el sistema. Durante las comprobaciones de derechos de autor, los vídeos que contienen metadatos inválidos o valores hash corruptos quedan excluidos del proceso de verificación. Los vídeos en los que falla la generación de huellas digitales también se excluyen del proceso de verificación. En general, estos pasos mantienen los datos limpios y refuerzan la fiabilidad del marco. La información de propiedad del vídeo protegido por derechos de autor se vuelve inmutable y está disponible para su posterior recuperación.
Verificación
El proceso de verificación implica pasos similares de preprocesamiento y cálculo de huellas dactilares, seguidos de una comparación de huellas dactilares con huellas almacenadas en la blockchain utilizando una medida de similitud basada en la distancia de Hamming. En función de la medida de similitud, el contrato inteligente determina la información de derechos de autor del vídeo enviado. El flujo de trabajo de interacción se representa en la Figura 3.
Verificación de derechos de autor basada en similitud
El proceso de verificación de derechos de autor compara las huellas dactilares perceptivas derivadas del vídeo de consulta con las huellas previamente almacenadas en el sistema blockchain. El mismo proceso de preprocesamiento y generación de valor hash utilizado durante el registro se repite en la fase de verificación para mantener la consistencia. La similitud se mide usando la distancia de Hamming, que cuenta el número de diferencias de bits entre dos valores hash. Las distancias Hamming más pequeñas indican una mayor similitud entre los dos vídeos, mientras que distancias Hamming mayores indican manipulación del contenido. Para ver si el vídeo de consulta coincidía con el vídeo registrado, usamos la distancia de Hamming entre sus valores de hash perceptuales. A partir de experimentos preliminares, se seleccionó un umbral de distancia de Hamming de 20 para proporcionar un equilibrio adecuado entre la robustez a operaciones comunes de procesamiento de vídeo y la sensibilidad a modificaciones no autorizadas. Los vídeos con una distancia de Hamming de 20 o menos se consideraban que representaban el mismo contenido protegido por derechos de autor. Si fuera más, mostraría grandes cambios. Este 20 fue elegido para gestionar editajes de vídeo comunes como compresión, filtrado, transcodificación y cambios en la tasa de fotogramas, pero aún así detecta cambios no autorizados. Se realizan mediciones de similitud para todas las huellas dactilares recogidas y luego se agregan para producir una conclusión de verificación de derechos de autor. Los vídeos que se desvían del contenido registrado se marcan para un escrutinio adicional.
Entorno de despliegue
El entorno de pruebas se creó usando contenedores Docker y la herramienta de orquestación Minifab. Se desplegó una red blockchain basada en la versión 2.4.8 de Hyperledger Fabric con CouchDB como base de datos de estado y capa de almacenamiento para los datos de contratos inteligentes. El contrato inteligente vitChain se implementó en Go y se desplegó utilizando el ciclo de vida del código de cadena de Hyperledger Fabric. Los parámetros de despliegue se resumen en la Tabla 2. La red estaba formada por dos organizaciones participantes, concretamente el Creador de Contenidos y el Videógrafo. Para garantizar la integridad de las transacciones y evitar registros o modificaciones no autorizadas de derechos de autor, se implementó una política de endoso multi-organización, que requería la aprobación de ambas organizaciones antes de que una transacción pudiera ser registrada en el libro mayor. Específicamente, la política de endoso seguía una regla AND, expresada como AND ('ContentCreatorMSP.peer', 'VideographerMSP.peer').